Устройство для бурения скважин

Изобретение относится к забойным двигателям героторного типа и может быть использовано для бурения нефтяных, газовых и разведочных скважин. Устройство содержит многозаходный героторный механизм, включающий подвижный статор и неподвижный ротор. На внутренней поверхности статора и наружной поверхности ротора выполнена многозаходная винтовая нарезка левого направления с разницей в количестве выступов статора и ротора, равной единице. Ротор жестко закреплен с колонной бурильных труб посредством торсионного вала и полой полуоси, имеющей проточные каналы. Герметизация против утечек бурового раствора и восприятие осевых усилий осуществлена за счет установки осевой герметизирующей опоры. Обеспечивает повышение эффективности бурения горизонтальных скважин, увеличение механической скорости проходки на долото за счет увеличения динамический нагрузки на забой и момента на долоте (без вращения бурильной колонны), путем вращения статора забойного двигателя героторного типа. 1 ил.

 

Изобретение относится к забойным двигателям героторного типа и может быть использовано для бурения нефтяных, газовых и разведочных скважин.

Известен забойный винтовой двигатель [А.с. 1781403 SU, Е21В 4/02, опубл. 15.12.92], содержащий кольцевой эластичный уплотнительный элемент, при этом узлы соединения корпусов секций выполнены в виде торцевых зубьев, ширина вершин которых по окружности корпуса больше ширины основания, и расположены между корпусами опорной и двигательной секций и (или) между корпусами двигательных секций, причем эластичный двигательный элемент размещен в интервале зубчатого соединения корпусов.

Известен винтовой забойный двигатель [А.с. 899819, М. Кл.³ Е21В 4/00, опубл. 23.01.82], содержащий маховик, установленный соосно статору и связанный с ротором посредством кривошипного соединения, ось которого совпадает с осью ротора.

Известно устройство для бурения скважин [Патент 2021463 RU, МПК⁵ Е21В 4/00, опубл. 15.10.94], содержащий забойный двигатель, при этом к ротору присоединено алмазное долото, а шарошечное долото, присоединенное к статору, размещено внутри и выше торца алмазного долота.

Причинами, препятствующими достижению заявляемого технического результата в известных технических решениях, являются: низкий показатель механической скорости бурения горизонтальных (субгоризонтальных) скважин за счет снижения динамической нагрузки на долото (без вращения бурильной колонны ротором) в местах интенсивного искривления скважин, а также высокий риск возможных аварий и осложнений по причине неконтролируемого комбинированного (двухдолотного) способа бурения.

Также имеется опыт применения комбинированного способа бурения горизонтальных скважин, включающих в себя углубление горизонтальных участков, путем вращения бурильной колонны ротором, в сочетании с забойным винтовым двигателем. Бурение горизонтальных участков с применением только винтового забойного двигателя (ВЗД) без вращения колонны в большинстве случаев сопровождается частыми прихватами нижней части КНБК. Вследствие чего бурение (разрушение) горной породы кратковременно (от 3 до 7 мин) сопровождается частыми проработками интервалов, промывками скважины. Комбинированный способ с одной стороны дает возможность осуществления продолжительного (до 15 мин) процесса бурения без отрыва долота от забоя, при этом часть дополнительной динамической нагрузки G_д, создаваемой вращением бурильной колонны, теряется в месте интенсивного искривления скважины. Вторым отрицательным фактором является неконтролируемый реактивный момент на валу двигателя и в месте нулевой точки «0» («0» - точка, где напряжения растяжения δ_p и сжатия δ_c бурильной колонны равны). Создание дополнительной динамической нагрузки G_д с применением винтовых двигателей без вращения бурильной колонны позволит увеличить механическую скорость проходки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение эффективности бурения горизонтальных скважин, увеличение механической скорости проходки на долото путем изменения конструкции забойного двигателя героторного типа.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении динамический нагрузки на забой и момента на долоте (без вращения бурильной колонны) за счет вращения статора забойного двигателя героторного типа.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для бурения скважин, содержащем многозаходный героторный механизм, включающий статор и ротор, на внутренней поверхности статора и наружной поверхности ротора выполнена многозаходная винтовая нарезка левого направления с разницей в количестве выступов статора и ротора, равной единице, особенностью является то, что ротор жестко закреплен с колонной бурильных труб посредством торсионного вала и полой полуоси, имеющей проточные каналы, а герметизация против утечек бурового раствора и восприятие осевых усилий осуществлена за счет установки осевой герметизирующей опоры.

Причинно-следственная связь между заявленным техническим результатом и существующими признаками изобретения следующая. Повышение эффективности бурения горизонтальных скважин осуществляется за счет преобразования кинетической энергии потока бурового раствора (жидкости) во вращательное движение статора (корпуса) двигателя, вследствие конструктивных изменений забойного двигателя героторного типа, путем жесткого закрепления ротора (винта) с колонной бурильных труб.

На чертеже представлено устройство для бурения скважин.

Устройство содержит многозаходный героторный механизм, содержащий подвижный статор 1 и неподвижный ротор 2. На внутренней поверхности статора 1 и наружной поверхности ротора 2 выполнена многозаходная винтовая нарезка (линии) левого направления с разницей в количестве выступов статора и ротора, равной единице. Ротор 2 жестко закреплен, например, с помощью сварного или резьбового соединения, с колонной бурильных труб 3 посредством торсионного вала 4 и полой полуоси 5 с проточными каналами 6. Герметизация против утечек бурового раствора и восприятие осевых усилий осуществляется посредством осевой герметизирующей опоры 7, расположенной между полой полуосью 5 и подвижным статором 1. В нижней части подвижного статора расположено долото 8.

Устройство для бурения скважин работает следующим образом.

Буровой раствор по колонне бурильных труб 3 поступает под давлением в камеры (полости) низкого давления многозаходной винтовой пары героторного механизма, образованные статором 1 и ротором 2 (вследствие разницы в количестве выступов в них), жестко закрепленным с колонной бурильных труб 3 посредством торсионного вала 4 и полой полуоси 5 с проточными каналами 6. Герметизация против утечек бурового раствора и восприятие осевых усилий осуществляется посредством осевой герметизирующей опоры 7. Под действием перепада давления бурового раствора в камерах низкого и высокого давления создается крутящий момент, передаваемый подвижным статором 1 на долото 8.

Устройство для бурения скважин даст возможность использовать динамику корпуса двигателя для реализации дополнительной динамической нагрузки G_д и позволит избежать возникновение прихватов компоновки низа бурильной колонны в местах интенсивного искривления скважин.

Устройство для бурения скважин, содержащее многозаходный героторный механизм, включающий статор и ротор, на внутренней поверхности статора и наружной поверхности ротора выполнена многозаходная винтовая нарезка левого направления с разницей в количестве выступов статора и ротора, равной единице, отличающееся тем, что ротор жестко закреплен с колонной бурильных труб посредством торсионного вала и полой полуоси, имеющей проточные каналы, а герметизация против утечек бурового раствора и восприятие осевых усилий осуществлены за счет установки осевой герметизирующей опоры.